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量子密鑰分配中的一項關鍵技術就是在其通信窗口實現單光子探測。單光子探測器的性能決定著量子密鑰分配系統的性能。高性能的超導納米線單光子探測器的應用地提高了量子密鑰分配的速率和距離。
探測器類型 | 重復頻率 /GHz | 探測效率 /% | 暗計數 (counts/s) | 密鑰速率與距離 /km | km |
InGaAs-APD |
1.036 |
6 |
3000 | 2.37 Mb/s, 5.6 29.79 kb/s, 65.5 |
~110 |
UP-SPD |
10 |
0.27 |
650 | 267 kb/s, 10 3.7 kb/s, 105 |
~120 |
TES |
2.5×10-3 |
33 |
3 | 28 b/s, 85 14 b/s, 100 |
~200 |
SSPD |
10 |
0.7 |
<10 | 17 kb/s, 105 12.1 b/s, 200 |
~240 |
從表中可以看出,單光子探測器的探測效率、響應速率(重復頻率)以及暗計數速率直接決定著量子密鑰的生成速率和分配距離。探測器的暗計數速率越低,密鑰的傳輸距離就越長。探測器的重復頻率和探測效率越高,密鑰的生成速率就越大。這些實驗數據充分說明,在目前的技術條件下,短距離范圍內(~10 km) 的量子密鑰分配速率達到兆比特每秒和長距離范圍內(~100 km)的量子密鑰分配速率達到千比特每秒數量級是可行的。
從性能上來看,超導體單光子探測器已經遠遠超越了半導體單光子探測器,它的成功研制促進了量子信息技術的發展。但從實用性方面考慮,超導體單光子探測器需要低的溫度環境,這些復雜的低溫系統使得探測器體積及價格不利于實用化,因此,在目前半導體單光子探測器具有一定的實用優勢。另外,對基于微弱相干脈沖的量子密鑰分配系統來說,改進量子密鑰分配方案可以有效地提高系統的性能。特別是,基于具有分辨光子數能力的超導體單光子探測器,量子密鑰分配方案還有待于進一步優化,這些改進后的量子密鑰分配方案應比目前的方案更*。
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